2022-2023学年新教材高中物理 第五章 原子核 2 放射性元素的衰变课件 新人教版选择性必修第三册

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1、单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第五章　原子核,2,．放射性元素的衰变,课前预习反馈,课内互动探究,课堂达标检测,目标体系构建,核心素养提升,目标体系构建,,【,学习目标】,1,．知道放射现象的实质是原子核的衰变，会正确书写衰变方程。,2,．了解半衰期及其统计意义。,3,．知道核反应及其遵从的规律。,4,．知道放射性同位素及其应用，知道射线的危害及防护。,【思维脉络】,课前预习反馈,,1,．,定义,原子核自发地放出,__________,或,__________,，由于核电荷数变了，它在元素周期表中的位置就变了，变成另一种,_________

2、_,。我们把这种变化称为原子核的衰变。,,α,粒子,知识点,1,原子核的衰变,β,粒子,原子核,4,．,衰变规律,(1),原子核衰变时,__________,和,__________,都守恒。,(2),任何一种放射性元素只有一种放射性，不能同时既有,α,放射性又有,β,放射性，而,γ,射线伴随,α,衰变或,β,衰变产生。,说明：原子核衰变时质量数守恒，但不是质量守恒，有质量减少,(,也叫质量亏损,),。,,电荷数,质量数,1,．,定义：,放射性元素的原子核有,________,发生衰变所需的时间。,2,．,决定因素：,放射性元素衰变的快慢是由,______________,的因素决定的，跟原子

3、所处的化学状态和外部条件没有关系。不同的放射性元素，半衰期,________,。,3,．,应用：,利用半衰期非常稳定这一特点，可以测量其衰变程度、推断时间,。,半数,知识点,2,半衰期,核内部自身,不同,知识点,3,核反应,新原子核,质量数,电荷数,1,．放射性同位素：,很多元素都存在一些具有,__________,的同位素，它们被称为放射性同位素。,2,．,放射性同位素的应用,(1),射线测厚仪。,(2),放射治疗。,(3),培优、保鲜。,(4),示踪原子：一种元素的各种同位素具有,__________,化学性质，用放射性同位素替换非放射性的同位素后，可以探测出原子到达的位置,。,放射性,知

4、识点,4,放射性同位素的应用与安全,相同的,3,．,辐射与安全：,人类一直生活在放射性的环境中，过量的射线对人体组织,______________,。要防止放射性物质对水源、空气、用具等的污染。,说明：一般放射性同位素半衰期短，而且强度容易控制，使用更广泛。,有破坏作用,思考辨析,『判一判』,(1),发生,β,衰变是原子核中的电子发射到核外。,(,,),(2),γ,射线经常是伴随,α,射线和,β,射线产生的。,(,,),(3),半衰期是原子核有半数发生衰变需要的时间，经过两个半衰期原子核就全部发生衰变。,(,,),×,,√,,,×,,√,,,×,,,×,,C,,,解,析：,设,x,、,y,、,

5、z,的电荷数分别为,Z,x,、,Z,y,、,Z,z,，质量数分别为,A,x,、,A,y,、,A,z,。由前两个核反应方程中的电荷数守恒，,Z,x,＋,3,＝,2,Z,y,，,Z,y,＋,7,＝,Z,x,＋,8,，可得,Z,y,＝,2,；质量数守恒,A,x,＋,7,＝,2,A,y,，,A,y,＋,14,＝,A,x,＋,17,，可得,A,y,＝,4,；由第三个核反应方程中的电荷数守恒,2,＋,4,＝,Z,z,＋,6,，得,Z,z,＝,0,，质量数守恒,4,＋,9,＝,A,z,＋,12,，,A,z,＝,1,。即,z,是电荷数为零，质量数为,1,的粒子，也就是中子，,C,正确。,,『想一想』,放射性同

6、位素的放射强度易于控制，它的半衰期比天然放射性物质短得多，因此在生产和科学领域得以广泛的应用。,(1),能用,α,射线来测量金属板的厚度吗？,(2),γ,射线照射食品延长保存期的原理是什么？,,答案：,(1),不能,(2),用,γ,射线照射食品可以杀死使食物腐败的细菌，抑制蔬菜发芽，延长保存期。,,课内互动探究,探究,,,,原子核的衰变规律与衰变方程,情景导入,如图为,α,衰变、,β,衰变示意图,。,(1),当原子核发生,α,,衰变时，原子核的质子数和中子数如何变化？为什么？,(2),当发生,β,,衰变时，新核的核电荷数相对原来的原子核变化了多少？新核在元素周期表中的位置怎样变化？,提示：,

7、(1),当原子核发生,α,衰变时，原子核的质子数和中子数各减少,2,个。因为,α,粒子是原子核内,2,个质子和,2,个中子结合在一起发射出来的。,(2),当原子核发生,β,衰变时，新核的核电荷数相对于原来增加了,1,个。新核在元素周期表中的位置向后移动了,1,个位次。,要点提炼,,(1),核反应中遵循质量数守恒而不是质量守恒，核反应过程中反应前后的总质量一般会发生变化,(,质量亏损,),而释放出核能。,(2),衰变方程的书写方面：衰变方程用,“→”,表示，而不用,“,＝,”,表示。,,特别提醒,(3),衰变方程表示的变化方面：衰变方程表示的是原子核的变化，而不是原子的变化。,(4),为了确定衰

8、变次数，一般是由质量数的改变先确定,α,衰变的次数，这是因为,β,衰变的次数的多少对质量数没有影响，然后再根据衰变规律确定,β,衰变的次数。,典例,1,典例剖析,解题指导：,(1),可根据衰变过程中质量数守恒和电荷数守恒求解；,(2),根据每发生一次,α,衰变原子核的质子数和中子数均少,2,，每发生一次,β,衰变原子核的中子数少,1,，质子数多,1,来推算；,(3),根据,(1),的解答结果写方程。,对点训练,BD,,解析：,α,衰变时核电荷数减,2,，质量数减,4,，,β,衰变时核电荷数加,1,，质量数不变；设发生了,x,次,α,衰变和,y,次,β,衰变，则根据质量数和电荷数守恒有：,2,x

9、,－,y,＋,86,＝,88,，,4,x,＋,222,＝,226,，解得,x,＝,1,，,y,＝,0,，,A,错误；同理可判断选项,C,错误；,BD,正确。,,探究,,,,放射性元素的半衰期及其应用,情景导入,下图为氡衰变剩余质量与原有质量比值示意图,。,纵坐标表示的是任意时刻氡的质量,m,与,t,＝,0,时的质量,m,0,的比值。,(1),每经过一个半衰期，氡原子核的质量变为原来的多少倍？,(2),从图中可以看出，经过两个半衰期未衰变的原子核还有多少？,1,．,半衰期的理解,半衰期是表示放射性元素衰变快慢的物理量，同一放射元素具有的衰变速率一定，不同元素半衰期不同，有的差别很大。,,要点提

10、炼,,3,．,适用条件,半衰期是一个统计概念，是对大量的原子核衰变规律的总结，对于一个特定的原子核，无法确定其何时发生衰变，半衰期只适用于大量的原子核。,4,．,应用,利用半衰期非常稳定这一特点，可以测量其衰变过程、推断时间等。,,,(1),半衰期由核内部自身的因素决定，与原子所处的化学状态和外部条件都无关。,(2),半衰期是一个统计规律，适用于对大量原子核衰变的计算，对于个别少数原子核不适用,。,特别提醒,为测定水库的存水量，将一瓶放射性溶液倒入水库中，已知这杯溶液每分钟衰变,8,×,10,7,次，这种同位素半衰期为,2,天，,10,天以后从水库中取出,1 m,3,的水，并测得每分钟衰变,1

11、0,次，求水库的存水量为多少？,解题指导：,找出每分钟衰变次数与其质量成正比这一隐含条件是解决本题的关键。,,典例,2,典例剖析,答案：,2.5,×,10,5,m,3,2,．,(,多选,),下列关于放射性元素的半衰期的几种说法正确的,是,(,,,,),A,．同种放射性元素，在化合物中的半衰期比在单质中长,B,．放射性元素的半衰期与元素所处的物理和化学状态无关，它是一个统计规律，只对大量的原子核才适用,C,．氡的半衰期是,3.8,天，若有,4 g,氡原子核，则经过,7.6,天就只剩下,1 g,氡,D,．氡的半衰期是,3.8,天，若有,4,个氡原子核，则经过,7.6,天就只剩下一个,氡,对点训练,

12、BC,,,,解,析：,放射性元素的原子核有半数发生衰变时所需要的时间叫半衰期，这是一个统计规律，对于大量的原子核才适用，对于少量原子核是不成立的，放射性元素衰变的快慢是由原子核内部自身决定的，与外界的物理和化学状态无关，故,A,、,D,错误，,B,、,C,正确。,探究,,,,核反应放射性同位素及其应用,情景导入,如图所示为,α,粒子轰击氮原子核示意图。,,(1),充入氮气前荧光屏上看不到闪光，充入氮气后荧光屏上看到了闪光，说明了什么问题？,(2),原子核的人工转变与原子核的衰变有什么相同规律？,提示：,(1),产生了新粒子,(2),质量数与电荷数都守恒，动量守恒,,1,．,核反应的条件,用,

13、α,粒子、质子、中子，甚至用,γ,光子轰击原子核使原子核发生转变。,2,．,核反应的实质,用粒子轰击原子核并不是粒子与核碰撞将原子核打开，而是粒子打入原子核内部使核发生了转变。,,要点提炼,,4,．,人工转变核反应与衰变的比较,(1),不同点：原子核的人工转变，是一种核反应，是其他粒子与原子核相碰撞的结果，需要一定的装置和条件才能发生，而衰变是原子核的自发变化，它不受物理化学条件的影响。,(2),相同点：人工转变与衰变过程一样，在发生过程中质量数与电荷数都守恒，反应前后粒子总动量守恒。,5,．,放射性同位素的主要应用,(1),利用它的射线。,①,工业部门使用射线测厚度,——,利用,γ,射线的穿

14、透特性；,②,农业应用,——,γ,射线使种子的遗传基因发生变异，杀死使食物腐败的细菌，抑制蔬菜发芽，延长保存期等；,③,医疗上,——,利用,γ,射线的高能量治疗癌症。,(2),作为示踪原子：放射性同位素与非放射性同位素有相同的化学性质，通过探测放射性同位素的射线确定其位置。,,,(1),核反应过程一般都是不可逆的，核反应方程不能用等号连接，只能用单向箭头表示反应方向。,(2),核反应方程应以实验事实为基础，不能凭空杜撰,。,特别提醒,典例,3,典例剖析,,解,题指导：,此题只要严格按照写核反应方程的原则进行，一般是不会出错的，写核反应方程的原则是：,(1),质量数守恒和电荷数守恒；,(2),中

15、间用箭头，不能写成等号。因两端仅仅是质量数守恒，没有体现质量相等；也不能仅画一横线，因箭头的方向还表示反应进行的方向；,(3),能量守恒，但中学阶段不作要求；,(4),核反应必须是实验能够发生的，不能毫无根据地写未经实验证实的核反应方程。,,对点训练,A,,4,．下列说法正确的是,(,,),A,．给农作物施肥时，在肥料里放一些放射性同位素，是因为农作物吸收放射性同位素后生长更好,B,．输油管道漏油时，可以在输的油中放一些放射性同位素探测其射线，确定漏油位置,C,．天然放射元素也可以作为示踪原子加以利用，只是较少，经济上不划算,D,．放射性元素被植物吸收，其放射性将发生改变,B,,,解,析：,放

16、射性元素与它的同位素的化学性质相同，但是利用放射性元素可以确定农作物在各季节吸收含有哪种元素的肥料。无论植物吸收含放射性元素的肥料，还是无放射性肥料，植物生长是相同的，,A,错误；放射性同位素，含量易控制，衰变周期短，不会对环境造成永久污染，而天然放射性元素，剂量不易控制、衰变周期长，会污染环境，所以不用天然放射元素，,C,错误；放射性是原子核的本身性质，与元素的状态、组成等无关，,D,错误。放射性同位素可以向周围释放射线，只要在管道周围寻找射线源，就可找到漏油位置，故,B,正确。,,核心素养提升,α,衰变和,β,衰变在磁场中的轨迹分析,设有一个质量为,M,0,的原子核，原来处于静止状态。当发

17、生一次,α,(,或,β,),衰变后，释放的粒子的质量为,m,，速度为,v,，产生的反冲核的质量为,M,，速度为,V,1,．,动量守恒关系,0,＝,m,v,＋,MV,或,m,v,＝－,MV,,2,．,在磁场中径迹的特,点,,(,多选,)(2021·,北京,101,中学高二下学期期末,),A,、,B,是两种放射性元素，原来都静止在同一匀强磁场，其中一个放出,α,粒子，另一个放出,β,粒子，运动方向都与磁场方向垂直。图中,a,、,b,与,c,、,d,分别表示各粒子的运动轨迹，下列说法中正确的是,(,,,,),A,．磁场方向一定为垂直纸面向里,B,．,A,放出的是,α,粒子，,B,放出的是,β,粒子,

18、C,．,b,为,α,粒子运动轨迹，,c,为,β,粒子运动轨迹,D,．,a,轨迹中粒子比,b,轨迹中的粒子动量大,,案例,BC,,,解,析：,粒子在磁场中做匀速圆周运动，由于,α,粒子和,β,粒子的速度方向未知，不能判断磁场的方向，故,A,错误；放射性元素放出,α,粒子时，,α,粒子与反冲核的速度相反，而电性相同，则两个粒子受到的洛伦兹力方向相反，两个粒子的轨迹应为外切圆；而放射性元素放出,β,粒子时，,β,粒子与反冲核的速度相反，而电性相反，则两个粒子受到的洛伦兹力方向相同，两个粒子的轨迹应为内切圆。故,A,放出的是,α,粒子，,B,放出的是,β,粒子，故,B,正确；,课堂达标检测,B,,D,,B,,4,．,(2021·,全国甲卷,),如图，一个原子核,X,经图中所示的一系列,α,、,β,衰变后，生成稳定的原子核,Y,，在此过程中放射出电子的总个数为,(,,),A,．,6 B,．,8,C,．,10 D,．,14,,A,,